表面工程期末复习及实验.pptx

6.主要的着色方法包括：自然显色法、吸附着色法和电解着色法。与吸附着色法相比，采用电解着色法着色后比较稳定，这与金属着色体的沉积部位有关，因为电解着色法的金属发色体沉积在多孔层下部。第1页/共17页6.非金属材料不能进行电镀，因为非金属材料不导电；7.热喷涂层典型的结构特征为：大小不一的扁平颗粒、未熔化的球形颗粒、夹杂和孔隙。因为有孔隙的存在，因此，热喷涂层往往要进行封孔处理；8.液体的表面自由能和表面张力在数学上是相等的，而固体则不一样，因为固体的原子几乎不可移动，其表面不像液体那样易于伸缩或变形，拉伸或压缩固体表面时，仅仅能改变其表面原子的间距，而不能改变表面原子的数目；9.脉冲激光沉积（PLD）存在两个问题：（1）由于激光与靶材是“点接触”，因此如果在薄膜沉积过程中，靶材或者光束静止不动，则获得的薄膜厚度分布不均匀；（2）脉冲激光过程中很难避免较大尺寸（微米级别）液滴的产生，使膜层的均匀性变差。10.钢铁的化学氧化俗称发蓝处理，其目的是通过化学氧化在钢铁表面形成一层Fe3O4，起一定的防护作用。第2页/共17页1.固体表面的吸附作用，是由于物体表面的原子或分子力场不饱和引起的，可分为物理吸附和化学吸附，其中物理吸附是不可逆的，化学吸附是可逆的。2.莱宾杰尔效应的本质，是金属对活性介质的吸附，使表面原子的不饱和键得到补偿，表面能降低，改变了表面原子间的相互作用，使金属的表面强度降低。莱宾杰尔效应是不可逆的。3.流体润滑摩擦中，对磨表面完全被油膜隔开，靠油膜的压力平衡外载荷。在流体润滑中，摩擦力决定于润滑油的内摩擦系数（粘度）。流体润滑摩擦具有最小的摩擦系数，从节能、延长使用寿命和减少磨损的观点考虑，都是最理想的条件。P204.在热喷涂工艺中，涂层与基体的结合主要是冶金结合，其次是机械结合或称抛锚作用，这决定了热喷涂涂层与基体的结合强度相当高；5.对铁基体表面镀铜，可以同时起到机械防护作用和电化学防护作用。另外，在渗碳工艺中，同镀层也可以用来保护不需要渗碳的部位；第3页/共17页一、铬酸盐膜的形成过程？铬酸盐钝化膜为什么具有自修复一、铬酸盐膜的形成过程？铬酸盐钝化膜为什么具有自修复功能？功能？1.1.金属与六价铬之间的氧化金属与六价铬之间的氧化金属与六价铬之间的氧化金属与六价铬之间的氧化-还原反应还原反应还原反应还原反应，金属表面溶解，金属离子进入，金属表面溶解，金属离子进入，金属表面溶解，金属离子进入，金属表面溶解，金属离子进入溶液，六价铬被还原成三价；溶液，六价铬被还原成三价；溶液，六价铬被还原成三价；溶液，六价铬被还原成三价；2.2.上述反应消耗了氢，金属表面上述反应消耗了氢，金属表面上述反应消耗了氢，金属表面上述反应消耗了氢，金属表面pHpH值升高，使值升高，使值升高，使值升高，使凝胶状的凝胶状的凝胶状的凝胶状的Cr(OH)Cr(OH)3 3等在等在等在等在表面沉积，形成钝化膜；表面沉积，形成钝化膜；表面沉积，形成钝化膜；表面沉积，形成钝化膜；3.3.上述上述上述上述凝胶状沉淀物吸附其它成分凝胶状沉淀物吸附其它成分凝胶状沉淀物吸附其它成分凝胶状沉淀物吸附其它成分，如六价铬、水、金属离子等，构，如六价铬、水、金属离子等，构，如六价铬、水、金属离子等，构，如六价铬、水、金属离子等，构成成分复杂的铬酸盐钝化膜。成成分复杂的铬酸盐钝化膜。成成分复杂的铬酸盐钝化膜。成成分复杂的铬酸盐钝化膜。铬酸盐膜的形成过程如下：铬酸盐膜的形成过程如下：钝化膜是钝化膜是无定形无定形的膜，主要由的膜，主要由不溶性的三价不溶性的三价铬化合物铬化合物和和可溶性可溶性的的六六价铬化合物价铬化合物两部分组成。不溶性部分具有足够的强度和稳定性，形成莫两部分组成。不溶性部分具有足够的强度和稳定性，形成莫的骨架，可溶性部分填充在骨架内部，当钝化膜收到轻度损伤时，露出的骨架，可溶性部分填充在骨架内部，当钝化膜收到轻度损伤时，露出的基体与膜中的可溶性部分相互作用，使膜自动修复。所以说，铬酸盐的基体与膜中的可溶性部分相互作用，使膜自动修复。所以说，铬酸盐钝化膜具有自修复功能，这是铬酸盐钝化膜耐蚀性特别好的根本原因。钝化膜具有自修复功能，这是铬酸盐钝化膜耐蚀性特别好的根本原因。第4页/共17页 阳极氧化的电极反应如下：阳极氧化的电极反应如下：硫酸对金属铝和氧化膜的溶解作用为：硫酸对金属铝和氧化膜的溶解作用为：电化学过程产生的氧并与铝作电化学过程产生的氧并与铝作用生成用生成AlAl2 2OO3 3化学过程，生成的化学过程，生成的AlAl2 2OO3 3膜被电解溶液溶解膜被电解溶液溶解成多孔层成多孔层没有电化学过程，氧化铝薄膜就不能生成；没有电化学过程，氧化铝薄膜就不能生成；没有溶解过程，没有孔隙出现，氧化铝膜层不能导电，电化学过程没有溶解过程，没有孔隙出现，氧化铝膜层不能导电，电化学过程不能继续；不能继续；氧化膜的生长速度必须氧化膜的生长速度必须 溶解速度；溶解速度；二、铝阳极氧化膜的形成原理与过程？二、铝阳极氧化膜的形成原理与过程？第5页/共17页定量分析氧化膜的生长过程定量分析氧化膜的生长过程（1 1）ABAB段，数秒钟的时间，电压急段，数秒钟的时间，电压急剧上升。铝表面形成连续、无孔的氧剧上升。铝表面形成连续、无孔的氧化铝膜。化铝膜。无孔膜电阻大无孔膜电阻大，阻碍反应进，阻碍反应进行，膜层厚度的增加主要依赖于外加行，膜层厚度的增加主要依赖于外加电压的高低。电压的高低。（2 2）BCBC段，电压上升达到的最大值段，电压上升达到的最大值B B主要取决于电解液的性质和温度，溶主要取决于电解液的性质和温度，溶解作用越大，电压峰值就越低。电压解作用越大，电压峰值就越低。电压达到一定数值后，达到一定数值后，膜层局部被溶解或膜层局部被溶解或被击穿，产生孔隙，氧化膜电阻下降被击穿，产生孔隙，氧化膜电阻下降，电压随之下降（大约电压随之下降（大约10101515）。）。（3 3）CDCD段，电压下降到段，电压下降到C C点后趋于点后趋于平稳，阻挡层厚度不再变化，氧化膜平稳，阻挡层厚度不再变化，氧化膜Al2O3Al2O3H2OH2O的生成和溶解速度在一个的生成和溶解速度在一个基本恒定的比值下进行，基本恒定的比值下进行，膜层孔穴的膜层孔穴的底部向金属内部移动底部向金属内部移动，随着时间的延，随着时间的延长，孔穴加深变成孔隙，孔隙间膜层加厚，成为孔壁，孔壁与电解液接触部分不仅长，孔穴加深变成孔隙，孔隙间膜层加厚，成为孔壁，孔壁与电解液接触部分不仅溶解，而且被水化成为溶解，而且被水化成为Al2O3H2O Al2O3H2O，氧化膜变成导电的多孔结构，可达，氧化膜变成导电的多孔结构，可达100um100um甚至甚至更高。当膜的化学溶解速率更高。当膜的化学溶解速率膜的生成速率时，膜层达到极限厚度。膜的生成速率时，膜层达到极限厚度。第6页/共17页三、莱宾杰尔效应？其显著特征是什么？三、莱宾杰尔效应？其显著特征是什么？由于环境介质的影响，及表面自由能减少导致材料的强度、塑性、耐磨性降低的现象，即莱宾杰尔效应。环境介质的影响有很明显的环境介质的影响有很明显的化学特征化学特征；1表面活性熔融物的表面活性熔融物的作用十分迅速作用十分迅速；3只要很只要很少量的表面活性物质少量的表面活性物质就可以产生莱氏效应；就可以产生莱氏效应；2表面活性物的作用是表面活性物的作用是可逆的可逆的；4莱氏效应的产生需要莱氏效应的产生需要拉应力拉应力与与活性物质活性物质同时起作用；同时起作用；5第7页/共17页 依靠直流电场引起放电，阳极兼作蒸发源，基依靠直流电场引起放电，阳极兼作蒸发源，基片放在阴极板上。真空室中在真空度为片放在阴极板上。真空室中在真空度为1e-31e-31e-1e-4Pa4Pa情况下，充入氩气使真空度达到情况下，充入氩气使真空度达到1e-21e-21Pa1Pa范围。范围。在基片和蒸发源之间加上数百至数千的直流电压，在基片和蒸发源之间加上数百至数千的直流电压，引起氩气的电离，形成引起氩气的电离，形成低压气体放电低压气体放电的等离子区。的等离子区。处于负高压的处于负高压的基片被基片被等离子体包围，不断遭到氩离等离子体包围，不断遭到氩离子的高速轰击而溅射子的高速轰击而溅射清洗并活化清洗并活化。然后接通交流电，。然后接通交流电，使蒸发源中的膜料加热蒸发，使蒸发源中的膜料加热蒸发，蒸发出的粒子蒸发出的粒子通过辉通过辉光放电的等离子区时光放电的等离子区时部分被电离部分被电离成正离子，通过成正离子，通过电电场与扩散作用场与扩散作用，高速打在基片表面。此外，高速打在基片表面。此外，大部分大部分仍处于激发态的中性蒸发粒子，在惯性作用下到达仍处于激发态的中性蒸发粒子，在惯性作用下到达基片表面，堆积成薄膜基片表面，堆积成薄膜。在成膜的同时，在成膜的同时，氩离子继续轰击氩离子继续轰击基片，使膜层基片，使膜层表面适中处于清洁与活化状态，利于膜的继续沉积表面适中处于清洁与活化状态，利于膜的继续沉积和生长。和生长。1.1.离子镀膜的基本原理离子镀膜的基本原理四、离子镀膜的基本原理？特点？四、离子镀膜的基本原理？特点？第8页/共17页 因为除了原子、分子外，还有部分能量可达几百、甚至上千电子伏特的离子因为除了原子、分子外，还有部分能量可达几百、甚至上千电子伏特的离子一起参与成膜，这些离子可以打入基材内约几个纳米的深度，大大提高膜层与基一起参与成膜，这些离子可以打入基材内约几个纳米的深度，大大提高膜层与基材间的结合力。材间的结合力。（1 1）膜层与基材结合力高膜层与基材结合力高；（2 2）均镀能力强均镀能力强；惰性气体原子在放电时撞击蒸气镀膜离子，使之分散，提高其均镀能力。惰性气体原子在放电时撞击蒸气镀膜离子，使之分散，提高其均镀能力。（3 3）基体材料基体材料与与镀膜材料镀膜材料可以广泛搭配。可以广泛搭配。基材可以是金属、陶瓷、玻璃、塑料等；镀膜材料也可以是金属和各类陶瓷基材可以是金属、陶瓷、玻璃、塑料等；镀膜材料也可以是金属和各类陶瓷材料。材料。离子镀膜是离子镀膜是真空蒸发真空蒸发和和溅射溅射相结合的一种工艺。相结合的一种工艺。2.2.离子镀膜的特点离子镀膜的特点第9页/共17页五、给出五、给出YoungYoung方程，并指出润湿角方程，并指出润湿角的变化对润湿现象的的变化对润湿现象的影响影响？铺展指的是一种什么现象？铺展指的是一种什么现象？第10页/共17页当SL/S0时候，液体在固体表面自动铺开或者说润湿角已经不存在了。铺展是润湿的最高标准铺展是润湿的最高标准。当SL/S0时候，液体在固体表面不铺展，负值越大表示越难铺展。固体界面固体界面粗糙度为粗糙度为粗糙度为粗糙度为i i i i时，（时，（时，（时，（2-92-92-92-9）修正为）修正为）修正为）修正为：上式表明，粗糙表面的铺展系数远大于光滑表面粗糙表面的铺展系数远大于光滑表面。铺展系数铺展系数第11页/共17页 1.1.简单了解表面预处理有哪些工艺，如何除脂；简单了解表面预处理有哪些工艺，如何除脂；2.2.阳极氧化膜（阳极氧化膜（AAOAAO）的着色；）的着色；3.3.极化；极化；4.4.电镀与电铸的基本概念。电镀与电铸的基本概念。5.5.复合电镀的概念；复合电镀的概念；6.6.合金电镀；合金电镀；7.7.热喷涂、热喷焊与堆焊的区别与联系；热喷涂、热喷焊与堆焊的区别与联系；8.8.磨损有哪些类型？了解其基本特点？磨损有哪些类型？了解其基本特点？9.9.润滑油为什么能减小摩擦的？润滑油为什么能减小摩擦的？第12页/共17页实验类型实验类型：设计型：设计型要求要求：根据：根据表面工程学表面工程学所学的内容，按照后所学的内容，按照后面的实验要求，设计可行的实验方案。不一定要面的实验要求，设计可行的实验方案。不一定要求写出所有工序的具体工艺参数。求写出所有工序的具体工艺参数。盼各位同学尽快完成交过来，以便考试完后能尽盼各位同学尽快完成交过来，以便考试完后能尽快登成绩。（考试成绩包含实验成绩）快登成绩。（考试成绩包含实验成绩）祝各位学习进步！祝各位学习进步！第13页/共17页实验（一）金属表面氧化实验（时间：2012.3.30，S1409）p30一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的1.1.了解金属氧化物的生长规律；了解金属氧化物的生长规律；了解金属氧化物的生长规律；了解金属氧化物的生长规律；2.2.掌握抗氧化能力与金属氧化动力学之间的关系。掌握抗氧化能力与金属氧化动力学之间的关系。掌握抗氧化能力与金属氧化动力学之间的关系。掌握抗氧化能力与金属氧化动力学之间的关系。二、实验方案二、实验方案二、实验方案二、实验方案1.1.实验材料、设备；实验材料、设备；实验材料、设备；实验材料、设备；2.2.实验方法、内容（理论）；实验方法、内容（理论）；实验方法、内容（理论）；实验方法、内容（理论）；三、分析讨论三、分析讨论三、分析讨论三、分析讨论第14页/共17页实验（二）单金属电镀（铁基镀锌）（时间：2012.4.1，G2302）P130131一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的1.1.了解电镀工艺过程；了解电镀工艺过程；了解电镀工艺过程；了解电镀工艺过程；2.2.掌握电镀原理。掌握电镀原理。掌握电镀原理。掌握电镀原理。二、实验方案二、实验方案二、实验方案二、实验方案1.1.实验材料、设备；实验材料、设备；实验材料、设备；实验材料、设备；2.2.实验方法、内容（理论）；实验方法、内容（理论）；实验方法、内容（理论）；实验方法、内容（理论）；三、分析讨论三、分析讨论三、分析讨论三、分析讨论第15页/共17页实验（三）薄膜制备及形貌分析（电阻蒸发镀Al）（时间：2012.4.6，S1409）p219一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的1.1.掌握镀膜前基片的预处理工艺；掌握镀膜前基片的预处理工艺；掌握镀膜前基片的预处理工艺；掌握镀膜前基片的预处理工艺；2.2.掌握电阻加热蒸发镀膜原理；掌握电阻加热蒸发镀膜原理；掌握电阻加热蒸发镀膜原理；掌握电阻加热蒸发镀膜原理；二、实验方案（注：真空度二、实验方案（注：真空度二、实验方案（注：真空度二、实验方案（注：真空度5105103 3PaPa，AlAl膜料纯度膜料纯度膜料纯度膜料纯度99.99%99.99%，实验设，实验设，实验设，实验设计过程中关于蒸发镀膜的其它参数不要求给出）计过程中关于蒸发镀膜的其它参数不要求给出）计过程中关于蒸发镀膜的其它参数不要求给出）计过程中关于蒸发镀膜的其它参数不要求给出）1.1.实验材料、设备；实验材料、设备；实验材料、设备；实验材料、设备；2.2.实验方法、内容（理论）；实验方法、内容（理论）；实验方法、内容（理论）；实验方法、内容（理论）；三、分析讨论三、分析讨论三、分析讨论三、分析讨论第16页/共17页感谢您的观看！第17页/共17页